一种海上自供能充电无人艇

1.本发明属于全自动化产品领域，涉及一种海上自供能充电无人艇。

背景技术：

2.海上无人设备可以广泛应用到各种场所，包括民用、军事等各个领域，已经取得了很大的发展，但据目前了解，海上无人设备普遍存在续航能力不足的问题，且返岸充电成本高，人工充电难度大，严重限制着海上无人设备的广泛应用，一款海上无人装备能量补充装置的存在显得十分必要。可是传统海上充电装置存在着移动性差，电能来源单一的不足，这使得其充电范围小，且容易出现电量不足，可靠性差。
3.针对海上无人装备续航能力差，以及现有海上充电装置技术领域的不足，海上充电装置的发展并不理想，不能实现全天候自发电、位置固定，不能对大范围内无人装备进行主动充电。并且受天气等因素制约和影响，无法实现持久的能量提供。

技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种海上自供能充电无人艇，包括无人艇本体；
5.推动无人艇本体行进的水下推进器；
6.设置在所述无人艇本体上，提供航行动力的风帆动力系统；
7.利用采集的风能、太阳能、波浪能转换为直流电能进行输出的风光浪多能互补发电系统；
8.对所述风光浪多能互补发电系统输出的电能进行存储的储能装置；
9.识别出待充电的设备，将所述储能装置输出的电能为待充电设备进行充电的充电装置；
10.所述储能装置还与所述风帆动力系统和所述水下推进器相连接。
11.进一步地：所述风光浪多能互补发电系统包括将太阳能转化为直流电能的太阳能光伏发电装置；
12.将波浪能发电装置转化为交流电能的波浪能发电装置；
13.将风能转化为交流电能的风能发电装置；
14.接收所述波浪能发电装置、风能发电装置发送的交流电能，将交流电能转换为直流电的电能转换装置。
15.进一步地：还包括无人艇本体包括第一无人艇本体和第二无人艇本体，所述第一无人艇体和第二无人艇本体对称设置；
16.所述第一无人艇体和第二无人艇本体中间设置有中部平台。
17.进一步地：所述风帆动力系统包括采集风速风向信息的风速风向传感器；
18.接收所述风速风向传感器采集的风速风向信息，根据风速风向信息发出控制信号的风帆控制电路；
19.接收所述风帆控制电路发送的控制信号，控制所述风帆执行器转动；
20.接收所述风帆执行器发送的转动信号进而进行角度偏转，为无人艇提供自然能动力的风帆本体。
21.进一步地：所述充电装置采用三自由度磁吸式充电装置；
22.所述三自由度磁吸式充电装置包括识别控制装置、x轴移动滑轨、y轴移动滑轨、z轴伸缩装置、电能传输线和磁吸式充电头；
23.所述识别控制装置在感知到海上无人待充电装备后靠近并识别到待充电装备的充电口，控制磁吸式充电头通过x轴移动滑轨、y轴移动滑轨与z轴伸缩装置在三自由度内自动移动并与待充电装备的充电口进行对接并吸附固定，通过电能传输线向待充电设备进行充电。
24.进一步地：所述风能发电装置采用垂直轴风机，所述垂直轴风机的数量为4个，4个垂直轴风机分别布置在所述无人艇本体的四个角落。
25.进一步地：所述波浪能发电装置采用船型浮子，所述船型浮子对称设置在所述无人艇本体两侧。
26.进一步地：所述太阳能光伏发电装置包括太阳能吸收板，所述太阳能吸收板平铺在无人艇本体上表面、中部平台的上表面、船型浮子以及风帆本体的外表面。
27.本发明一种海上自供能充电无人艇，具有快速、方便、自主充电等特点，能为多种无人设备进行充电；通过多种自然能协同发电的形式，保证在复杂环境下可以发电；利用风帆驱动技术，赋予无人艇可移动性，能主动给无人设备充电的同时可有效节约能源；采用三自由度磁吸式充电装置，可以在海洋环境中平稳的为无人设备充电；填补了可移动海上充电领域的发展不足，为无人设备的长续航能力提供了可能。
28.该充电无人艇，作为无人设备在任务执行过程中的能源补充中继站，避免了装备因电能耗尽返航的问题，极大的增加了无人设备的续航能力，扩大无船执行任务的范围，相对于固定式的海上充电装置，可移动的海上自供能充电无人艇会更具有灵活性，在未来远海与近海都可以为无人设备进行充电，因此在未来不管是军事还是商用，必将发挥重要的作用，针对海上特殊的环境，设计一款无人船充电装置，保证与无人设备充电平稳与安全。
29.本发明具有以下优点：
30.1、本发明提供的海上自供能充电无人艇，采用风、光、浪三种自然能协同发电的形式，可以在复杂的海洋环境状况实现全天候发电，具有良好的环境适应性以及可靠性。
31.2、本发明提供的海上自供能充电无人艇，采用风帆动力系统为无人艇提供动力，赋予无人艇可移动性可为海上无人设备主动充电，在使其充电范围显著扩大，提升充电的灵活性。
32.3、本发明提供的海上自供能充电无人艇，针对海上充电环境，设计三自由度磁吸式充电装置，有效保证无人艇针对海上无人装置充电的准确性和安全性。
33.基于上述理由本发明可在新能源等领域广泛推广。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发
明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本发明的模块图；
36.图2本发明海上自供能充电无人艇的三维立体图；
37.图3为本发明海上自供能充电无人艇俯视图；
38.图4为本发明为三自由度磁吸式充电装置结构图；
39.图5为本发明海上自供能充电无人艇电路框架图。
40.附图标记：图中：1、风帆本体；2、垂直轴风力发电机；3、太阳能吸收板；4、水下推进器；5、充电装置、6、波浪能发电装置；7、无人艇本体；10、风光浪多能互补发电系统，20、风帆动力系统，40、储能装置、51、识别控制模块；52、x轴移动滑轨；53、y轴移动滑轨；54、z轴伸缩装置；55、电能传输线；56、磁吸充电头；70、第一无人艇本体，71、第二无人艇本体，73、中部平台，501、太阳能光伏发电装置，503、风能发电装置，504、电能转换装置。
具体实施方式
41.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
42.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
44.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
45.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
46.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
47.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
48.图1为本发明的模块图；
49.图2本发明海上自供能充电无人艇的三维立体图；
50.图3为本发明海上自供能充电无人艇俯视图；
51.一种海上自供能充电无人艇，采用了风、光、浪三种能量相结合，三种发电装置整体分布在无人艇本体7上，采用风帆动力系统为无人艇提供动力；
52.该无人艇包括无人艇本体7、推动无人艇本体7行进的水下推进器4、风光浪多能互补发电系统10、充电装置5、风帆动力系统20、储能装置40和信息传输装置；
53.所述无人艇本体7为双体船型漂浮体，所述双体船型漂浮上面铺有太阳能吸收板3；
54.所述无人艇本体7包括第一无人艇本体70和第二无人艇本体71，所述第一无人艇本体70和第二无人艇本体71对称设置；所述第一无人艇本体70和第二无人艇本体71中间设置中部平台73；
55.该无人艇本体7为一个双体船形漂浮体，其具有高度的防水性、良好的非阻性；艇体被设计成双体船型，减轻在航行时的阻力，同时还保证了太阳能吸收板的良好采光效果；
56.所述水下推进器4采用电驱动水下推进器，所述电驱动水下推进器为2n个；
57.所述2n个电驱动水下推进器对称设置安装于无人艇本体7中部平台73后方两侧；
58.所述电驱动水下推进器在充电任务紧急或风力条件不允许时为无人艇提供动力；
59.所述风帆动力系统20对称设置在所述无人艇本体7上，为无人艇提供航行动力；
60.所述风光浪多能互补发电系统10利用采集的风能、太阳能、波浪能转换为直流电能进行输出；所述风光浪多能互补发电系统10包括太阳能光伏发电装置501、波浪能发电装置6、风能发电装置503和电能转换装置504；
61.所述风光浪多能互补发电系统10转化的电能储到储能装置40中；；
62.对所述电能转换装置504转换的直流电和太阳能光伏发电装置501转化的直流电进行存储的储能装置40；
63.储能装置40的电能供给信息传输装置、风帆动力系统20、充电装置5等使用；
64.其中信息传输装置是完成本无人艇与岸基平台或与被充电无人装置之间的信息传输；传输的信息包括无人艇位置信息、发电状态信息、电量信息、充电状态信息等。
65.所述太阳能光伏发电装置501、波浪能发电装置6和风能发电装置503和电能转换
装置504设置在无人艇本体7上；
66.所述太阳能光伏发电装置6将太阳能转化为直流电能；
67.所述太阳能光伏发电装置6包括太阳能吸收板3，所述太阳能吸收板3平铺在无人艇本体7上表面、中部平台73、船型浮子以及风帆本体1的外表面，最大限度的吸收太阳能；
68.所述波浪能发电装置6将波浪能发电装置转化为交流电能；
69.所述波浪能发电装置6设置在所述无人艇本体7两侧；所述波浪能发电装置6采用直驱振荡浮子式波浪能发电装置；直驱振荡浮子式波浪能发电装置的数量为8个；
70.所述直驱振荡浮子式波浪能发电装置内部带有直线发电机，利用波浪的上下波动带动船型浮子的振荡，从而带动直线发电机往复运动而发电，船型浮子可有效降低移动时浮子为艇体带来的阻力。
71.所述直线发电机包括永磁铁、定子铁芯与动子铁芯；
72.所述风能发电装置503将风能转化为交流电能；所述风能发电装置503采用垂直轴风力发电机2；
73.垂直轴风力发电机2安装在船型漂浮体的四角；垂直轴风力发电机2分布四角，稳定发电；
74.所述垂直轴风力发电机2包括风轮、叶片和叶轮轴；
75.叶轮轴和旋转轴同轴心设置，旋转轴的底部连接盘式永磁同步发电机，叶轮轴和旋转轴中穿设有主轴；
76.所述电能转换装置504将所述波浪能发电装置6和风能发电装置503的交流电能转化为直流电；
77.所述储能装置40包括蓄电池组；储能装置40安装于无人艇本体7上；
78.所述电能转换装置504转化的电能存储到蓄电池组中；
79.所述风帆动力系统20包括采集风速风向等信息的传感器、风帆本体1、风帆控制电路和风帆执行器；
80.所述传感器采用风速风向仪；
81.所述风帆执行器包括旋转电机；
82.所述风速风向仪将采集的风速风向信息传送给风帆控制电路，所述风帆控制电路是控制核心，根据风速风向信息发送控制信号给风帆执行器；
83.风帆执行器中的旋转电机用于调节风帆本体的偏转角度；
84.风帆本体用以接收风力为海上自供能充电无人船提供自然能动力。
85.图4为本发明为三自由度磁吸式充电装置结构图；所述充电装置5采用三自由度磁吸式充电装置；所述三自由度磁吸式充电装置安装在无人艇本体中部平台73前端；
86.所述三自由度磁吸式充电装置包括识别控制模块51、x轴移动滑轨52、y轴移动滑轨53、z轴伸缩装置54、电能传输线55、防水磁吸式充电头56；
87.所述电能传输线55采用柔性电能传输线；
88.所述识别控制模块51用于感知并识别到海上无人设备的充电口后，所述识别控制模块51控制磁吸式充电头56在三自由度(x、y、z)上灵活调整并与待充电设备的充电口对接充电；
89.检测到带充电设备的电池被充满后，识别控制模块51控制磁吸式充电头56脱离充
电口，并利用z轴伸缩装置54将其收回初始位置。
90.所述识别控制模块51安装在三自由度磁吸式充电装置的顶部；
91.所述充电装置5识别出待充电的设备，将所述储能装置40输出的电能为待充电设备进行充电的；
92.待充电设备即海上无人设备，可能是靠近无人艇本体7的无人船等；
93.所述充电装置5通过对接充电控制电路与所述三自由度磁吸式充电装置相连接；
94.如图5所示为海上自供能充电无人艇电路框架图，所述风光浪多能互补发电系统10将波浪能、风能和太阳能三种发电装置产生的电能经过电能变换，存储储能装置的蓄电池组，需要时可为用电设备供电。
95.具体执行过程如下，由波浪能发电装置6、风能发电装置503，发出的电为交流电流，经过交-直流变换，使电流变为直流电流，由于太阳能光伏发电装置501直接产生的就是直流电，故省去了交-直流变换的环节，再经过直流环节的最大功率点跟踪(mppt)控制，将能量汇聚于直流母线最后给蓄电池组充电。根据任务要求蓄电池组可分别向电驱动水下推进器4供电，辅助海上自供能充电无人艇；
96.通过风帆控制电路向风帆执行器供电，控制风帆为海上自供能充电无人艇提供主要动力；
97.通过对接充电控制电路控制三自由度磁吸式充电装置并通过充电装置5对海上无人设备进行快速充电。
98.所述储能装置40还与所述风帆动力系统20和所述水下推进器4相连接。
99.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：

1.一种海上自供能充电无人艇，其特征在于：包括无人艇本体；推动无人艇本体行进的水下推进器；设置在所述无人艇本体上，提供航行动力的风帆动力系统；利用采集的风能、太阳能、波浪能转换为直流电能进行输出的风光浪多能互补发电系统；对所述风光浪多能互补发电系统输出的电能进行存储的储能装置；识别出待充电的设备，将所述储能装置输出的电能为待充电设备进行充电的充电装置；所述储能装置还与所述风帆动力系统和所述水下推进器相连接。2.根据权利要求1所述的一种海上自供能充电无人艇，其特征在于：所述风光浪多能互补发电系统包括将太阳能转化为直流电能的太阳能光伏发电装置；将波浪能发电装置转化为交流电能的波浪能发电装置；将风能转化为交流电能的风能发电装置；接收所述波浪能发电装置、风能发电装置发送的交流电能，将交流电能转换为直流电的电能转换装置。3.根据权利要求1所述的一种海上自供能充电无人艇，其特征在于：还包括无人艇本体包括第一无人艇本体和第二无人艇本体，所述第一无人艇体和第二无人艇本体对称设置；所述第一无人艇体和第二无人艇本体中间设置有中部平台。4.根据权利要求1所述的一种海上自供能充电无人艇，其特征在于：所述风帆动力系统包括采集风速风向信息的风速风向传感器；接收所述风速风向传感器采集的风速风向信息，根据风速风向信息发出控制信号的风帆控制电路；接收所述风帆控制电路发送的控制信号，控制所述风帆执行器转动；接收所述风帆执行器发送的转动信号进而进行角度偏转，为无人艇提供自然能动力的风帆本体。5.根据权利要求1所述的一种海上自供能充电无人艇，其特征在于：所述充电装置采用三自由度磁吸式充电装置；所述三自由度磁吸式充电装置包括识别控制装置、x轴移动滑轨、y轴移动滑轨、z轴伸缩装置、电能传输线和磁吸式充电头；所述识别控制装置在感知到海上无人待充电装备后靠近并识别到待充电装备的充电口，控制磁吸式充电头通过x轴移动滑轨、y轴移动滑轨与z轴伸缩装置在三自由度内自动移动并与待充电装备的充电口进行对接并吸附固定，通过电能传输线向待充电设备进行充电。6.根据权利要求1所述的一种海上自供能充电无人艇，其特征在于：所述风能发电装置采用垂直轴风机，所述垂直轴风机的数量为4个，4个垂直轴风机分别布置在所述无人艇本体的四个角落。7.根据权利要求1所述的一种海上自供能充电无人艇，其特征在于：所述波浪能发电装置采用船型浮子，所述船型浮子对称设置在所述无人艇本体两侧。8.根据权利要求1所述的一种海上自供能充电无人艇，其特征在于：所述太阳能光伏发
电装置包括太阳能吸收板，所述太阳能吸收板平铺在无人艇本体上表面、中部平台的上表面、船型浮子以及风帆本体的外表面。

技术总结

本发明一种海上自供能充电无人艇，属于，包括无人艇本体；推动无人艇本体行进的水下推进器；设置在所述无人艇本体上，提供航行动力的风帆动力系统；利用采集的风能、太阳能、波浪能转换为直流电能进行输出的风光浪多能互补发电系统；对所述风光浪多能互补发电系统输出的电能进行存储的储能装置；识别出待充电的设备，将所述储能装置输出的电能为待充电设备进行充电的充电装置；所述储能装置还与所述风帆动力系统和所述水下推进器相连接，本申请作为自然能发电、可移动的海上自供能充电无人艇，采用风、光、浪三种自然能协同发电的形式，可以在复杂的海洋环境状况实现全天候发电，具有良好的环境适应性以及可靠性。好的环境适应性以及可靠性。好的环境适应性以及可靠性。